О том, что кремниевый онколог IBM Watson диагностирует рак лёгких и назначает лечение правильнее, чем «протеиновые» медики, мы уже писали (“Дети Ватсона“). Другими словами ИИ уже делает высококвалифицированную работу лучше, чем высокооплачиваемый медик. А оплата вправду высока: в Соединенных Штатах онколог в 2011 году имел среднюю заработную плат в $295 000 в год. Но анестезиологи в Соединенных Штатах оплачиваемы ещё выше: их среднее жалованье в 2011 году составило $309 000. И вот сейчас компьютер готов принять на себя последовательность функций анестезиолога, причём в самых сложных случаях…
Имеется такое общее состояние здоровья — кома. Ветхие бумажные справочники определяли его как «бессознательное состояние с глубоким торможением подкорковых структур и функций коры головного мозга, проявляющимся расстройством рефлекторной деятельности, дыхания и кровообращения». Состояние весьма страшное, потому, что при нём нарушается функционирование коры головного мозга, того «железа», функционирование которого совершает нас нами. Но вот это самое состояние медики применяют в качестве лечебного средства при важных повреждений головного мозга.
В случае если сказать не-по медицински (доктора, будем сохранять надежду, выскажутся в комментариях), а по-инженерному, дело обстоит так. Мозг, как и многие другие органы, способен к самовосстановлению. Но мозг — машина не только информационная, но и тепловая, потребляющая приблизительно четверть энергии организма. А при интенсивной умственной работе — скажем, при заучивании текстов — энергозатраты ещё больше. Так и медики, помогая мозгу самому восстанавливать себя, переводят его в режим минимального энергопотребления, больше ресурсов оставляя саморемонту.
Это делается введением организма в неестественную кому (Medically-induced coma), в большинстве случаев посредством барбитуратов. Ну, совершенно верно равно как и любой инженер, которому предстоит ремонтировать совокупность «на ходу» (такое не редкость, скажем, у энергетиков, у рефрижераторщиков) попытается вывести её на минимальные режимы. А совокупности – и инженерные, и биологические – подчинены в материальном мире одним и тем же законам. Не напрасно же великая книга Винера именуется «Кибернетика, либо связь и Управление в машине и животном». Ну а небольшие дозы ядов медики традиционно применяли в качестве лекарств.
Так что неестественная кома рассматривается как один из видов наркоза. Наркоза самого глубокого, кроме того говорят об «экстремальном наркозе». Так как выключается самое серьёзное — кора головного мозга, которую организм при естественном ходе событий до последнего пробует поддержать в рабочем состоянии, отдавая ей последние ресурсы. И медикаментозная кома — в отличие от относительно кратковременного наркоза при операциях — поддерживается весьма долго: дни, в противном случае и семь дней — обычный срок… Анестезиолог же и при нескольких часах важной операции выкладывается до предела, не хуже врача…
И вот на данный момент идёт интенсивная подготовка к тому, дабы передать компьютеру заметную часть работы анестезиолога при введении в медикаментозную кому и поддержании её. Об этом поведано в статье из издания PLoS Computational Biology “Человеко-машинный интерфейс для управления медикаментозной комой”, A Brain-Machine Interface for Control of Medically-Induced Coma, написанной группой учёных под управлением Эмери Брауна (Emery N. Brown), исследователя-нейролога из Массачусетского технологического университета и в один момент нейрохирурга из Massachusetts General Hospital.
Структурная схема компьютерного управления неестественной комой.
Для управления процессом неестественной комы, введения в неё, поддержания на заданной глубине и в течение должного времени, а позже и надёжного выведения из неё применён базисный принцип автоматического управления и кибернетики — обратная сообщение. Управление подачей лекарств, Infusion Rate, осуществляется на основании EEG Signal – информации о состоянии головного мозга, приобретаемых от электроэнцефалографа (прибора, разрешающего фиксировать ЭДС долей и областей мозга от единиц до десятков микровольт, частотой от единиц до десятков герц).
Электроэнцефалографы весьма ветхи, восходят к устройствам на катодных лампах с фиксацией результатов шлейфными осциллографами. Но — для обратной связи были выбраны как раз они, а не более современные томографы. Дело в том, что энцефалографы показывают ритмы мозга — а любой, кому довелось выполнить некое число лабораторных по теории автоматического регулирования, знает, как серьёзны для любой совокупности её колебания – и личные, и вынужденные. Так как ещё в 3-м издании БСЭ сообщено: «Запись ЭЭГ на протяжении операции оказывает помощь смотреть за состоянием больного и строго регулировать глубину наркоза». И ещё, в том месте же: «Правильный непроизвольный анализ ЭЭГ при помощи ЭВМ открывает новые перспективные возможности перед Э[лектроэнцефалографией]».
Электроэнцефалограмма исходная, фильтрованная и широтно-модулированная посредством порогового элемента.
Сигнал ЭЭГ фильтруется простыми способами с последующей оцифровкой, а после этого байесовской стохастической фильтрацией. Теорема, выведенная преподобным Томасом Байесом в середине восемнадцатого века, крайне важна для описания вероятностных процессов. Она разрешает выяснить возможность случайного события при условии, что случилось второе, статистически связанное с ним событие. Её, скажем, применяют фильтры спама, опытные, что в случае если со случайного адреса пришло нигерийское «письмо счастья», то возможность получения с него же чего-либо нужного рушится к нулю…
Так вот, байесовская оценка функционирования головного мозга, полученная на базе обработки оцифрованных электроэнцефалограмм, сравнивается с целевой функцией желаемого состояния головного мозга. Будь то при вводе в кому, при поддержании её и при выводе из этого очень рискованного состояния. Отличие оценки с ЭЭГ и заданной функции именно и является основанием для включения насоса (либо насосов), подающего лекарства, варьирующего их состав. Повторим ещё раз: ритмы мозга употребляются вследствие того что их анализ разрешает довольно много определить о состоянии мозга. Ну, давайте отыщем в памяти, как в самых различных отраслях употребляется Фурье-анализ.
Рекурсивная байесовская фильтрация.
И вот к таковой работе компьютерный анестезиолог приспособлен лучше, чем человек. Дело в том, что у нас в мозгу нет ни фильтра для ЭЭГ, ни вычислителя рекурсивных байесовских функций. Другими словами для расшифровки энцефалограммы человеку нужен или дополнительный инструмент (также компьютерный), или накопленный продолжительными годами практики опыт. Ну а в ПО эти знания закладываются изначально. И позже — человек устаёт, наряду с этим растёт возможность неточностей. Отыщем в памяти заработную плат анестезиолога, с которой мы начали. И отыщем в памяти длительности неестественной комы. Лечение недешёвое получается, для многих недоступное.
Дробить анестезиолога между больными? Так каждому дастся меньше внимания… И возрастёт возможность неточностей… Так что разработка, работоспособность которой показана на крысах, может оказаться в высшей степени нужной. Действительно, согласно точки зрения Марка Ньюмана (Mark F. Newman), заведующего отделением анестезиологии Университета Дьюка, к петле регулирования ЭЭГ нужно добавить контуры, следящие за работой почек и сердца. И тогда работу анестезиолога сможет выполнять сестра реанимационного отделения, а лечение медикаментозной комой станет более надёжным и действенным.